JP2004175667A

JP2004175667A - オニウム塩

Info

Publication number: JP2004175667A
Application number: JP2002339968A
Authority: JP
Inventors: Naoto Nagakura; 直人永倉
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: JP4322004B2

Abstract

【課題】リチウムイオン電池等の電気化学的デバイスの電解質として有用な、常温で液状であり、イオン伝導度が高く、かつ耐還元性に優れた、新規なオニウム塩を提供する。
【解決手段】下記一般式（ＶＩ）
【化１】

（式中、Ｘは窒素原子又はリン原子を示し、ｍ及びｎは各々４〜６の整数である。）
で示されるビシクロ型のカチオンと、トリフルオロメチル硫酸（トリフロロメタンスルホン酸）イミドアニオン、（トリフルオロメチル）トリフルオロボレートアニオン等の非対称アニオンとからなるオニウム塩。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次もしくは二次のリチウム電池、色素増感型太陽電池、電気二重層キャパシタ、表示素子等の電気化学デバイスあるいは電析浴、更には化学合成の媒体として利用可能なオニウム塩に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年多く用いられるようになったリチウム一次電池、リチウム二次電池、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、エレクトロクロミック表示素子、あるいは将来的な実用化に向けて種々に検討がなされている色素増感型太陽電池などの電気化学デバイスにおける非水系の電解液としては、電解質をエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、あるいはアセトニトリル等の有機溶媒に溶解させた溶液が用いられてきた。しかし、これらの電解質溶液に用いられる有機溶媒は揮発しやすく、それ自体が危険物であることから、長期の信頼性、耐久性、および安全性に問題がある。
【０００３】
そこで電解質として有機溶媒を用いず、常温で液状であるオニウム塩を電解質として応用することが提案され、種々検討されている。例えば１−メチル−３−エチルイミダゾリウムカチオンと、ビストリフルオロメタンスルホンイミドアニオンからなるオニウム塩は、周囲温度で液状であり、高いイオン伝導率を示すことが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
他方、オニウム塩として、５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナンカチオンとテトラフルオロボレートアニオンからなるオニウム塩が知られているが、これは常温で固体である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２５９５４３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したようなイミダゾリウムカチオンとアニオンからなるオニウム塩は、耐還元性が低く、リチウム電池の電解質等の、電気化学的デバイスに使用した際には、使用に従い徐々に分解してしまうという問題点がある。他方、５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナンカチオンとテトラフルオロボレートアニオンからなるオニウム塩は、耐還元性が高いものの、常温で固体であり、電気化学的デバイス用として用いることはできない。
【０００７】
従って、常温で液状であり、イオン伝導度が高く、かつ耐還元性にも優れたオニウム塩が求められていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく、オニウム塩として、５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナンをカチオン部分として有すものにつき、対アニオンを種々検討した結果、特定の非対称アニオンを組み合わせた塩は、これまでに報告されているアンモニウム塩あるいはフォスホニウム塩と比べて低い融点を有し、かつ、公知のアルキルアンモニウム塩、あるいは、フォスホニウム塩に比べて高いイオン伝導性を有し、さらに高い耐還元性を有するという新たな知見を得た。そして、更に検討を行なった結果、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち本発明は、下記一般式（Ｉ）
【００１０】
【化２】

【００１１】
｛式中、Ｘは窒素原子又はリン原子を示し、ｎ及びｍは各々独立に４〜６の整数を示し、Ｙ⁻は
下記一般式（ＩＩ）
Ｒ^１−Ｎ⁻−Ｒ^２（ＩＩ）
（式中、Ｒ^１及びＲ^２はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルオキシスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基あるいはシアノ基から選ばれるいずれかの基である。但し、Ｒ^１とＲ^２が同一の基であることはない。）で示されるイミドアニオン、
下記一般式（ＩＩＩ）
Ｒ^３Ｒ^４Ｒ^５Ｃ⁻ （ＩＩＩ）
（式中、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルオキシスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基あるいはシアノ基から選ばれるいずれかの基である。但し、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５がすべて同一の基であることはない。）
で示されるメチドアニオン
下記一般式（ＩＶ）
Ｒ^６Ｒ^７Ｒ^８Ｒ^９Ｂ⁻ （ＩＶ）
（式中、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８及びＲ^９はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基、パーフロロアルキル基、シアノ基又はハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。但し、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８及びＲ^９が全て同一の基であることはない。）
で示されるボレートアニオン又は、
下記一般式（Ｖ）
Ｒ^１０Ｒ^１１Ｒ^１２Ｒ^１３Ｒ^１４Ｒ^１５Ｐ⁻ （Ｖ）
（式中、Ｒ^１０、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４及びＲ^１５はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基、パーフロロアルキル基、シアノ基又はハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。ただし、Ｒ^１０、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４及びＲ^１５が全て同一の基であることはない。）
で示されるホスフェートアニオンである。｝
で示されるオニウム塩である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のオニウム塩は、カチオン部分が下記式（ＶＩ）

【００１３】
（式中、Ｘは窒素原子又はリン原子であり、ｎ及びｍは各々独立に４〜６の整数である。）
で示されるビシクロ型のカチオンである点に最大の特徴を有す。
【００１４】
このような非芳香族性のビシクロ型のものとすることにより、耐還元性が高く、さらにイオン伝導度の高いオニウム塩となる。例えば、テトラエチルアンモニウムカチオンのような非環状のアルキル基を有すものに比べて、遥かに高いイオン伝導度を有すオニウム塩となる。また、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムカチオンのような芳香族性の環を有す化合物に比べると、耐還元性が１Ｖ程度向上する。
【００１５】
上記式中、ｎ及びｍは各々独立に４〜６の整数であるが、高い耐還元性を得るためには、いずれも４であることが好ましい。
【００１６】
本発明のオニウム塩におけるアニオン部分は、下記式（ＩＩ）〜（Ｖ）、
Ｒ^１−Ｎ⁻−Ｒ^２（ＩＩ）
（式中、Ｒ^１及びＲ^２はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルオキシスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基あるいはシアノ基から選ばれるいずれかの基である。但し、Ｒ^１とＲ^２が同一の基であることはない。）で示されるイミドイオン、
Ｒ^３Ｒ^４Ｒ^５Ｃ⁻ （ＩＩＩ）
（式中、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルオキシスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基あるいはシアノ基から選ばれるいずれかの基である。但し、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５がすべて同一の基であることはない。）
で示されるメチドアニオン、
Ｒ^６Ｒ^７Ｒ^８Ｒ^９Ｂ⁻ （ＩＶ）
（式中、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８及びＲ^９はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基、パーフロロアルキル基、シアノ基又はハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。但し、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８及びＲ^９が全て同一の基であることはない。）
で示されるボレートアニオン又は、
Ｒ^１０Ｒ^１１Ｒ^１２Ｒ^１３Ｒ^１４Ｒ^１５Ｐ⁻ （Ｖ）
（式中、Ｒ^１０、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４及びＲ^１５はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基、パーフロロアルキル基、シアノ基又はハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。ただし、Ｒ^１０、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４及びＲ^１５が全て同一の基であることはない。）
で示されるホスフェートアニオンである。
【００１７】
これら以外のアニオン、例えばハロゲン陰イオンやビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミドアニオンではオニウム塩が室温付近で固体となってしまう。
【００１８】
上記式（ＩＩ）において、Ｒ^１及びＲ^２はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルオキシスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基あるいはシアノ基から選ばれるいずれかの基である。これらの基におけるパーフロロアルキル基の部分は特に制限されることなく、公知のパーフロロアルキル基でよく、具体的には、トリフロロメチル基、ペンタフロロエチル基、ヘプタフロロプロピル基、ヘプタフロロ−ｉ−プロピル基、パーフロロブチル基、パーフロロへプチル基等の炭素数１〜１０のパーフロロアルキル基が例示される。イオン伝導度が高いものとなる点で、炭素数１〜３のパーフロロアルキル基であることが好ましく、炭素数１のパーフロロアルキル基、即ちトリフロロメチル基であることが最も好ましい。
【００１９】
このようなパーフロロアルキル基のついたパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルオキシスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基を具体的に例示すると、パーフロロアルキルスルホニル基としてはトリフロロメチルスルホニル基、ペンタフロロエチルスルホニル基、ヘプタフロロプロピルスルホニル基等が、パーフロロアルキルオキシスルホニル基としてはトリフロロメチルオキシスルホニル基、ペンタフロロエチルオキシスルホニル基、ヘプタフロロプロピルオキシスルホニル基等が、パーフロロアルキルカルボニル基としてはトリフロロメチルカルボニル基、ペンタフロロエチルカルボニル基、ヘプタフロロプロピルカルボニル基等が例示される。
【００２０】
なお、上記式（ＩＩ）で示されるイミドアニオンにおいて、Ｒ^１とＲ^２が同一である場合、即ち、両者が共にシアノ基であったり、トリフロロメチルスルホニル基であったりした場合には、オニウム塩の融点が高くなりすぎ、よって常温で固体となってしまい、常温溶融塩や化学反応溶媒としての使用が困難となる。逆に、同一でなければ両者が同種の基であっても構わず、たとえば両者が共にパーフロロアルキルスルホニル基であっても、トリフロロメチルスルホニル基とペンタフロロエチルスルホニル基の組み合わせのように異なる基であればよい。
【００２１】
上記式（ＩＩ）で示されるアニオンのなかで特に好適なものを例示すると、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｎ⁻ＣＮイオン、Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２Ｎ⁻ＣＮイオン、ＣＦ_３ＣＯＮ⁻ＣＮイオン、Ｃ_２Ｆ_５ＣＯＮ⁻ＣＮイオン、ＣＦ_３ＯＳＯ_２Ｎ⁻ＳＯ_２ＣＦ_３イオン、ＣＦ_３ＯＳＯ_２Ｎ⁻ＣＯＣＦ_３イオン及びＣＦ_３ＯＳＯ_２Ｎ⁻ＣＮイオン等が挙げられる。
【００２２】
上記式（ＩＩＩ）で示されるメチンアニオンにおいて、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルオキシスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基あるいはシアノ基から選ばれるいずれかの基である。これらの基の具体例、ならびに好ましいものも前記式（ＩＩ）で示したものと同様である。また、上記式（ＩＩＩ）で示されるメチンアニオンにおいても、オニウム塩を常温で固体とするため、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５がすべて同一の基であってはならない。
【００２３】
上記式（ＩＩＩ）で示されるアニオンのなかで特に好適なものを例示すると、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｃ⁻ＣＯＣＦ_３イオン、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｃ⁻（ＣＯＣＦ_３）_２イオン、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｃ⁻ＣＮイオン、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｃ⁻（ＣＮ）_２イオン、（ＣＦ_３ＣＯ）_２Ｃ⁻ＣＮイオン、ＣＦ_３ＣＯＣ⁻（ＣＮ）_２イオン等が挙げられる。
【００２４】
上記式（ＩＶ）で示されるボレートアニオンにおいて、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８及びＲ^９はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基、パーフロロアルキル基、シアノ基又はハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。パーフロロアルキルスルホニル基及びパーフロロアルキルカルボニル基としては、前記式（ＩＩ）で示したものと同様である。
【００２５】
また、パーフロロアルキル基としては、前記式（ＩＩ）に関する説明において、パーフロロアルキルスルホニル基等におけるパーフロロアルキル基部分として説明したものと同様のものが具体的に挙げられ、好ましいものも同様である。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が具体的に例示される。また、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８及びＲ^９がすべて同一であってはならないのは、一般式（ＩＩ）で示されるイミドアニオン、一般式（ＩＶ）で示されるメチンアニオンと同様である。
【００２６】
上記式（ＩＶ）で示されるアニオンのなかで特に好適なものを例示すると、（ＣＦ_３）Ｂ⁻Ｆ_３イオン、（ＣＦ_３）_２Ｂ⁻Ｆ_２イオン、（ＣＮ）Ｂ⁻Ｆ_３イオン、（ＣＮ）_２Ｂ⁻Ｆ_２イオン等が挙げられる。
【００２７】
上記式（Ｖ）で示されるフォスフェートアニオンにおいて、Ｒ^１０、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４及びＲ^１５はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基、パーフロロアルキル基、シアノ基又はハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。これらの基の具体例及び好ましいものについては前記式（ＩＩ）及び／又は（ＩＶ）に関して述べた通りである。一般式（Ｖ）で示されるフォスフェートアニオンにおいてもＲ^１０、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４及びＲ^１５が全て同一であってはならないのは、前記式（ＩＩ）〜（ＩＶ）で示されるアニオンと同様である。
【００２８】
上記式（Ｖ）で示されるアニオンのなかで特に好適なものを例示すると、（ＣＦ_３）Ｐ⁻Ｆ_５イオン、（ＣＦ_３）_２Ｐ⁻Ｆ_４イオン、（ＣＦ_３）_３Ｐ⁻Ｆ_３イオン等が挙げられる。
【００２９】
本発明のオニウム塩を製造する方法は特に制限されるものではないが、前記式（ＶＩ）に示されるビシクロ型のカチオンのハロゲン塩と、前記式（ＩＩ）〜（Ｖ）に示される非対称アニオンの金属塩とを混合し、塩交換反応により製造する方法（塩交換法）、有機オニウムイオン前駆体と非対称アニオン前駆体を反応させる直接４級化法等を挙げることができる。中でも、塩交換法は反応の容易さから好適に用いられる。
【００３０】
塩交換法に用いられる非対称アニオンの金属塩において、好適に用いられる金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属類を挙げることができる。さらには、原料となる金属塩の吸湿性の低さより、カリウム塩が特に好適に用いられる。
【００３１】
塩交換法に用いられるビシクロ型のカチオンのハロゲン塩において、ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素を特に制限無く用いることができるが、塩交換の容易さから、塩素、臭素、沃素が好適に用いられる。さらには、塩交換後に副生する無機塩の除去の容易さから、非対称アニオンの金属塩の金属と同周期のハロゲン（例えば、ナトリウムに対しては塩素、カリウムに対しては臭素）を選択するのが好適である。
【００３２】
塩交換は一般に溶媒中で行われる。溶媒は特に制限されるものではないが、具体的に例を挙げて説明すると、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素類、ジイソプロピルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸イソプロピル等のエステル類、アセトニトリル等のニトリル類、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、ジメチルスルフォキシド等のスルフォキシド類等の有機溶媒及び水を挙げることができる。中でも、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルフォキシド、水等の比誘電率が１０以上の溶媒が、原料である非対称アニオン金属塩及び有機カチオンハロゲン塩の溶解度が高く、好適に用いることができる。
【００３３】
塩交換の反応は、特に制限されるものではなく、加熱下、冷却下、加圧下、減圧下、常圧下で行うことができ、一般には、常圧下、室温で充分に進行し、その反応時間も数分〜１０時間以内で十分進行する。塩交換法を行う場合のビシクロ型のカチオンのハロゲン塩および非対称アニオンの金属塩の濃度は特に制限されるものではなく、用いる溶媒に対するこれらの溶解度を勘案して適宜選択すればよい。濃度が低すぎると塩交換反応の効率が悪く、他方、高すぎると原料が溶媒に溶解しない場合があるため、一般には３〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％で行うのが良い。また、カチオンのハロゲン塩および非対称アニオンの金属塩は等モル用いることが効率的である。
【００３４】
塩交換（イオン交換）を行った後、副生する無機塩を除去し、目的物を単離すればよい。例えば、無機塩を水層に抽出した後に溶媒を除去する方法、無機塩を析出させて濾別した後に溶媒を除去する方法、無機塩を溶解させさらに目的の有機塩を結晶化させ濾取する方法等により好適に単離することができる。また、単離された有機オニウム塩が水分を含む場合には、必要に応じて濃縮、共沸脱水等を行うことで乾燥すればよい。
【００３５】
この様にして得られた本発明の有機オニウム塩は、一般に低融点で高イオン伝導性を示すため、１次及び２次Ｌｉ電池用電解質、湿式太陽電池用電解質、キャパシタ用電解質、エレクトロクロミック表示素子用電解質、メッキ用電解質、反応用溶媒等に好適に用いられる。また、この様なオニウム塩から成る電解質を用いて、Ｌｉ電池、湿式太陽電池、キャパシタ、エレクトロクロミック素子等の電気化学デバイスを構成することにより、低温特性の良好な電気化学デバイスを構築することもできる。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３７】
（１）ＮＭＲ測定
試料１０〜２０ｍｇを約１ｍｌのジメチルスルフォキシド−ｄ６（標準物質として１，４−ビストリフルオロメチルベンゼン含有）に溶解し日本電子製核磁気共鳴装置ＪＮＭ−ＬＡ５００により^１Ｈ、^１９Ｆ核を測定した。^１９Ｆのピーク位置は１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンのピークを−７８．２５ｐｐｍとした場合のケミカルシフトを示した。
【００３８】
（２）原料の製造方法
本発明のオニウム塩を製造する際に用る５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナン・ヨウ化物は、ｖ．Ｂｒａｕｎ（ＣｈｅｍｉｓｃｈｅＢｅｒｉｃｈｔｅ、１９１６、ｖｏｌ．４９、ｐａｇｅ９７０）による方法に準じピロリジンに相当量の１，４−ジ−ヨードブタンを加えることで作製した。また、５−フォスフォニア−スピロ［４，４］ノナン・ヨウ化物は、Ｄｅｒｋａｃｈ，Ｎ．Ｙａ、Ｋｉｒｓａｎｏｖ，Ａ，Ｖ（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｎｅｒａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＵＳＳＲ、１９６８、ｖｏｌ．３８、ｐａｇｅ３３２−３３６）による方法に準じて作製した。
【００３９】
実施例１
以下の方法により、塩交換法により本発明のオニウム塩を製造する際に用る非対称アニオンの金属塩として、トリフロロメチル硫酸（トリフルオロメタンスルホン酸）イミド・カリウム塩を製造した。
【００４０】
Ｇｏｕｌｄ，Ｇ．Ｅ．ｅｔ．ａｌ．（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ、１９６９、ｖｏｌ．９１、ｐａｇｅ２９０２）らの方法に準じて合成したＣＦ_３ＯＣｌ２４ｇを真空下でステンレス製のチューブに導入し、さらに、−１９６℃に冷却しながら１４ｇの二酸化硫黄を導入した後−２０℃、８時間反応させ、１５．５ｇのＣＦ_３ＯＳＯ_２Ｃｌを得た。
別に、トルフルオロメタンスルフォンアミド３０．２ｇを２００ｍｌの脱水メタノールに溶解させた後、ｔｅｒｔ−ブトキシカリウム２２．３ｇを添加し、６０℃で３時間反応させた。その後、この溶液を減圧下濃縮し、白色粉体を得た。この粉体に、脱水ジエチルエーテル２５０ｍｌを加えてスラリーとし、０℃に冷却した後、先に合成した１５．５ｇのＣＦ_３ＯＳＯ_２Ｃｌと脱水ジエチルエーテル１００ｍｌの混合液を滴下した。得られた溶液を０℃で２時間攪拌後、室温で４時間反応させた。次いで、得られたスラリーを冷却した後濾過し、ジエチルエーテルで洗浄して結晶を取り出した。この結晶を減圧下乾燥して白色粉体（トリフルオロメチル硫酸（トリフロロメタンスルホン酸）イミド・カリウム塩）５４．３ｇ（収率８１．０％）を得た。この粉末６．７ｇ（２０ｍｍｏｌ）と５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナン・ヨウ化物５．１ｇ（２０ｍｍｏｌ）をグローブボックス内窒素雰囲気下、相対湿度１０％以下の状態で秤量し、イオン交換水５０ｍｌに溶解させたところ、２層に層分離した。この混合液に、塩化メチレン１００ｍｌを加えて抽出し、有機層をイオン交換水５０ｍｌで２回洗浄した。得られた有機層を減圧濃縮し、７．９ｇの薄黄透明液体トリフルオロメチル硫酸（（トリフロロメタンスルホン酸）イミド・５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナン塩）を得た。^１Ｈ−ＮＭＲ：１．７９ｐｐｍ（ｍ）、３．３６ｐｐｍ（ｔ）。^１９Ｆ−ＮＭＲ：−６０．９ｐｐｍ（ｓ）、−９４．５ｐｐｍ（ｓ）。
【００４１】
この液体を、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて分析したところ、融点は１２．６℃であった。また、２５℃におけるイオン伝導度を測定したところ、７．１ｍＳ／ｃｍであった。また、０．３（ＶｖｓＬｉ^＋／Ｌｉ）以上の電位では還元を受けなかった。
【００４２】
比較例１
５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナン・ヨウ化物の代わりにテトラエチルアンモニウム塩化物を用いる他は実施例１と同様のやり方によってオニウム塩を調製し、トリフルオロメチル硫酸（（トリフロロメタンスルホン酸）イミド・テトラエチルアンモニウム塩を得た。^１Ｈ−ＮＭＲ：１．１７ｐｐｍ（ｍ）、３．２２ｐｐｍ（ｔ）。^１９Ｆ−ＮＭＲ：−９５．０ｐｐｍ（ｓ）。
【００４３】
この化合物は２５℃におけるイオン伝導度は３．４ｍｓ／ｃｍであり、同じアニオンの５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナン塩に比べてイオン伝導度は約１／２であった。
【００４４】
比較例２
トリフルオロメチル硫酸（トリフロロメタンスルホン酸）イミド・カリウム塩の代わりにビス−トリフルオロメタンスルホン酸イミド・リチウム塩を用いる他は実施例１と同様のやり方によってオニウム塩を調製し、ビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミド・５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナン塩を得た。^１Ｈ−ＮＭＲ：１．８１ｐｐｍ（ｍ）、３．３６ｐｐｍ（ｔ）。^１９Ｆ−ＮＭＲ：−９５．０ｐｐｍ（ｓ）。
【００４５】
この化合物は２５℃において固体であるため、イオン伝導度を測定することができなかった。
【００４６】
比較例３
５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナン・ヨウ化物の代わりに１−エチル−３−メチルイミダゾリウム臭化物を用いる他は実施例１と同様のやり方によってオニウム塩を調製し、トリフルオロメチル硫酸（（トリフロロメタンスルホン酸）イミド・１−エチル−３−メチルイミダゾリウム塩を得た。^１Ｈ−ＮＭＲ：１．４４（ｔ）、３．８４（ｓ）、４．１９（ｑ）、７．７２（ｓ）、７．８１（ｓ），９．１２（ｓ）、^１９Ｆ−ＮＭＲ：−６１．０（ｓ）、−９４．５（ｓ）。この化合物は１．２（ＶｖｓＬｉ^＋／Ｌｉ）以下の電位で還元分解された。
【００４７】
実施例２
５−アゾニア−スピロ［４，４］ノナン・ヨウ化物の代わりに５−フォスフォニア−スピロ［４，４］ノナン・ヨウ化物を用いた以外は、実施例１と同様に操作し、トリフルオロメチル硫酸（（トリフロロメタンスルホン酸）イミド・５−フォスフォニア−スピロ［４，４］ノナン塩を得た。１．７８ｐｐｍ（ｍ）、２．４９ｐｐｍ（ｍ）^１９Ｆ−ＮＭＲ：−６１．２ｐｐｍ（ｓ）、−９４．８ｐｐｍ（ｓ）。
得られたオニウム塩の融点は７．４℃でイオン伝導度は８．３ｍＳ／ｃｍであった。また、この化合物はまた、０．６（ＶｖｓＬｉ^＋／Ｌｉ）以上の電位では還元を受けなかった。
【００４８】
実施例３〜８
表１に示すアニオン原料及びカチオン原料を用いた以外は、実施例１と同様に操作し、表１に示す化合物を得た。そのＮＭＲ分析結果、融点、２５℃において液体であるオニウム塩のイオン伝導度を表１に示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明のオニウム塩は新規な有機カチオンと有機アニオンの組合せからなる有機オニウム塩であり、常温で液状でありその粘度も低く、またイオン伝導度が高く、さらには耐還元性にも優れるという従来のオニウム塩にはない優れた物性を有する。したがって、本発明のオニウム塩は、非水電解液用の電解質や化学合成における溶媒として広い温度範囲で使用することができる。

Claims

下記一般式（Ｉ）

｛式中、Ｘは窒素原子又はリン原子を示し、ｎ及びｍは各々独立に４〜６の整数を示し、Ｙ⁻は
下記一般式（ＩＩ）
Ｒ^１−Ｎ⁻−Ｒ^２（ＩＩ）
（式中、Ｒ^１及びＲ^２はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルオキシスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基あるいはシアノ基から選ばれるいずれかの基である。但し、Ｒ^１とＲ^２が同一の基であることはない。）で示されるイミドアニオン、
下記一般式（ＩＩＩ）
Ｒ^３Ｒ^４Ｒ^５Ｃ⁻ （ＩＩＩ）
（式中、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルオキシスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基あるいはシアノ基から選ばれるいずれかの基である。但し、Ｒ^３、Ｒ^４及びＲ^５がすべて同一の基であることはない。）
で示されるメチドアニオン
下記一般式（ＩＶ）
Ｒ^６Ｒ^７Ｒ^８Ｒ^９Ｂ⁻ （ＩＶ）
（式中、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８及びＲ^９はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基、パーフロロアルキル基、シアノ基又はハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。但し、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８及びＲ^９が全て同一の基であることはない。）
で示されるボレートアニオン又は、
下記一般式（Ｖ）
Ｒ^１０Ｒ^１１Ｒ^１２Ｒ^１３Ｒ^１４Ｒ^１５Ｐ⁻ （Ｖ）
（式中、Ｒ^１０、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４及びＲ^１５はいずれもパーフロロアルキルスルホニル基、パーフロロアルキルカルボニル基、パーフロロアルキル基、シアノ基又はハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。ただし、Ｒ^１０、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４及びＲ^１５が全て同一の基であることはない。）
で示されるホスフェートアニオンである。｝
で示されるオニウム塩。
請求項１に記載のオニウム塩を用いた非水電解液用電解質。
請求項２に記載の電解質を用いる電気化学的デバイス。